Transcript Презентация для школьников "Развитие биогазовых технологий"

ФEДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
КАЗАНСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИКИ
Развитие биогазовых
технологий
Научно-популярные материалы разработаны в рамках гранта №8196
от 27 июля 2012 г. федеральной целевой программы «Научные и
научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013
Казань 2013
Первые сведения о биогазе
Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до
н.э. на территории современной Германии уже существовали примитивные
биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли
бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что
горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона.
Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки
пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в
ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото,
отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для
приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а
болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.
История развития биогазовых технологий в мире
• Отдельные
случаи
использования
примитивных
биогазовых
технологий были зафиксированы в Китае, Индии, Ассирии и Персии
начиная с XVII века до нашей эры.
• Систематические научные исследования биогаза начались только в
XVIII веке нашей эры, спустя почти 3,5 тысячи лет.
• В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся
биомасса выделяет воспламеняющиеся газы.
• В 1764 году Бенджамин Франклин в своем письме Джозефу Пристли
описал эксперимент, в ходе которого он смог поджечь поверхность
мелкого заболоченного озера в Нью Джерси, США.
Простейшая
китайская установка

Первое научное обоснование образования воспламеняющихся газов в
болотах и озерных отложениях дал Александр Вольта в 1776 году.

В 1859 году построена первая задокументированная биогазовая
установка в Бомбее, Индия.

В 1875 году Попов изучил влияние температуры на количество
выделяемого газа.
• В 1895 году биогаз применялся в
Великобритании
для
уличного
освещения.
•В
1930
году,
с
развитием
микробиологии,
были
обнаружены
бактерии, участвующие в процессе
производства биогаза.
• В Финляндии, Швеции и Австрии,
которые поощряют использование
энергии биомассы на государственном
уровне,
доля
энергии
биомассы
достигает
15-20%
от
всей
потребляемой энергии.

Использование электроэнергии и тепла, производимого с помощью
анаэробной переработки биомассы, в Европе сосредоточено, в основном
в Австрии, Финляндии, Германии, Дании и Великобритании.

В Германии на настоящий момент насчитывается
более 9000
установок анаэробного сбраживания, из них около 2000 больших и 6000
средних. В перспективе 10-20% используемого в стране природного
газа может быть заменено биогазом. К 2020 году прогнозируется
увеличение числа установок до 20000.

В Австрии в настоящее время работает более 120 установок с
объемами метантенков более 2000 м3 каждая, около 25 установок
находятся в стадии планирования и постройки.

С точки зрения интенсивности применения биогаза лидирует Дания:
данный вид топлива обеспечивает почти 20% энергопотребления
страны.

Рынок биогаза в США развивается значительно медленнее, чем в Европе.
Например, несмотря на наличие большого числа ферм, на территории
страны действует всего около 200 биогазовых заводов, работающих на
сельскохозяйственных отходах.

В Китае действует “Национальная программа развития сельской
биогазовой энергетики” – масштабный проект, призванный увеличить
число семей использующих биогаз до 40 млн. Следует отметить, к 2010
году было построено 4000 крупных биогазовых станций.

В Китае работает более 30 млн. биогазовых установок, В Индии - 3,7 млн.
и 200 тысяч в Непале. В сельских районах Китая в настоящее время
производится около 16 млрд. м³. биогаза, который используют в качестве
топлива более 50 миллионов человек.

С 2002 года правительство Китая выделяет ежегодно около 200
миллионов долларов на поддержку строительства биогазовых установок.
Дотация на каждую установку равняется примерно 50% средней
стоимости. Таким образом, правительство добилось годового роста
количества биогазовых установок до 1 миллиона в год.

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн. малых
биогазовых установок.

В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн. биогазовых
установок.
Количество биогазовых установок в разных
странах
Страна
Количество установок
Китай
Индия
Непал
Вьетнам
Германия
Бельгия
Австрия
США
Дания
Италия
Голландия
Россия
Турция
Казахстан
Люксембург
Чехия
Финляндия
20 000 000
2 500 000
145 000
18 000
3 700
10
350
200
70
70
70
70
48
30
15
12
10
История развития биогазовых технологий в России

В СССР научные основы технологии
исследовались, начиная с 40-х годов XX века.
метанового
брожения

Применение
технологии
метанового
сбраживания
к
сельскохозяйственным отходам в СССР было начато Г.Д. Ананиашвили в
1948 году, в Тбилисском филиале ВИЭСХ, впоследствии ГрузНИ И МЭСХ
(ГИМЭ). В 1948-1954 гг. была разработана и построена первая в СССР
лабораторная и производственная биоэнергетическая установка.

С 1961 г. по 1964 г. на Грозненском ацетонобутиловом заводе (г.Грозный)
проводились исследования по разработке технического регламента
промышленной технологии и подбору оборудования для производства
кормового витамина В12 и биогаза методом термофильного
метанового брожения ацетонобутиловый барды на специально
созданной опытно-промышленной установке с объемом опытного
метантенка 200 м3.

В
дальнейшем
эта
технология
была
внедрена
на
двух
ацетонобутиловых заводах. Каждый цех, перерабатывая до 3000
м3 барды в сутки, производил до 30 тыс. м3 биогаза, который
использовался как топливо в основном производстве и экономил до 25%
природного газа.

В начале 60-х гг. ХХ столетия исследования и их промышленное
воплощение в Институте биохимии им. А.Н.Баха АН СССР явились
точкой
отсчета
в
создании
отечественной
промышленной
биоэнергетики и активного фундаментального исследования процессов
биосинтеза метана и биогазификации.

В 1972-1973 гг. идея получения биогаза была разработана и просчитана и
воплотилась в проект в 1979 г. Этот проект был поддержан
руководством СССР и в 1980 г. включен в программу Государственного
Комитета СССР по науке и технике.

В 1981 г. при Госкомитете по науке и технике СССР была создана
специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли
промышленности. Было построено несколько опытных установок, одна из
которых - в совхозе "Огре" Латвийской ССР (1982 г., 75 м3). Это были
установки опытного характера, на которых отрабатывался процесс
переработки биомассы.

Крупнейшим центром по разработке конструкций отечественных
биогазовых установок был Запорожский конструкторско-технологический
институт сельскохозяйственного машиностроения (КТИСМ). Установка
КОБОС-1 была успешно испытана на базе опытной молочной фермылаборатории и одобрена для серийного выпуска на заводе в г. Шумихе
Курганской области (Северный Урал).

Три критерия, определившие создание и
промышленности в России (и ранее в СССР):
развитие
биогазовой
–
разработка
технологии
и
создание
крупномасштабного
производства витамина В12 и биогаза;
– теория о биологическом происхождении природного газа;
– огромная сырьевая база.

Целый ряд регионов приняли программы по развитию биогазовой
отрасли: Белгородская область, Томская, Саратовская, Оренбургская
и Калужская области, есть планы развития биогазовой энергетики и в
других областях.

В 2011 году крупная биогазовая установка была реализована во
Владимирской
области
на
предприятии
«Мортадель»
Александровского района.

В апреле 2012 году была запущена установка в Байцурах Белгородской
области. Менее крупные установки были созданы в Калужской и
Оренбургских областях.
Потенциал производства биогаза по
федеральным округам РФ
Южный
Центральный
Приволжский
Северо-Западный
Уральский
Сибирский
Дальневосточный
2%
15%
4%
33%
5%
25%
16%
Российские компании – производители
биогазовых установок

Мосводоканал

Академия коммунального хозяйства

ВИЭСХ

ЦВНИИКОМЖ

АО Центр «ЭкоРос»

АО «ЭкоБио»

АО «Стройиндустрия» (Республика Чувашия)

АО «Стройтехника - Тульский завод»
Современный метантенк
Схема автономного энергообеспечения
животноводческого комплекса
Классификация биогазовых технологий
Технические характеристики российских
биогазовых установок
Энергетический выход биогаза на примере хозяйств
Ужурского района (Красноярский край)
Энергетический потенциал биогаза в 768518 МДж/сут
эквивалентен 18444,432 м3/сут природного газа.
Норма потребления природного газа для 37310 жителей
Ужурского района в среднем равна 18655 м3/сут.
Сельскохозяйственная биогазовая установка в
России («Лучки», Прохоровский район
Белгородской области)
Перспективные направления развития
биогазовых технологий
UASB технология (с придонным слоем
микроорганизмов и восходящим потоком жидкости )
SBR технология (последовательно-периодическое
сбраживание)
Фаза А – анаэробная зона
перемешивания сточных вод)
(зона
Фаза В – аэробная зона (зона аэрации)
Фаза С – отстаивание (гравитационное
разделение иловой смеси)
USBF технология (фильтрация суспензии через
взвешенный слой осадка )
MBR технология (мембранная фильтрация)
РЕЗУЛЬТАТЫ УТИЛИЗАЦИИ
БИОГАЗА





Альтернативное использование
навоза, растительных культур и
биоотходов
Уменьшение парникового эффекта
Биогаз является заменой
традиционным видам топлива
Высокоэффективная выработка
электрической и тепловой энергии
на месте
Получение экологически чистого
удобрения